침지 냉각으로 지속 가능한 데이터 센터를 구현할 수 있나요?

AI와 기계 학습 기술이 발전하고 그 어느 때보다 많은 데이터와 처리 능력에 대한 요구가 증가함에 따라, 고성능 컴퓨팅(HPC) 처리 능력 및 저장에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 

이에 따라 데이터 센터 용량에 대한 압박이 점점 커지고 있습니다. 맥킨지(McKinsey)¹ 에서는 전력 소모에 있어 미국의 데이터 센터 수요가 2022년 17기가와트(GW)에서 2030년 35GW로 증가할 것이라고 보고했습니다. 

딜레마는 데이터 센터가 용량에 대한 수요 증가에 대응하면서, 동시에 지속가능성 및 넷제로에 대한 의무 사항도 이행해야 한다는 것입니다.

컴퓨터 기술자들은 더 작은 공간에 더 많은 처리 능력과 저장 용량을 추가할 수 있도록 전력 밀도를 높이는 새로운 방법을 계속해서 찾고 있으나, 중기적으로 이는 문제를 해결하는 데 충분하지 않을 수 있습니다. 2020 MIT Technology Review² 기사에서는 더 이상 무어의 법칙에 의존해 각 실리콘 웨이퍼에 더 많은 컴퓨팅 성능을 탑재할 수 없고, 서버 랙 밀도를 높이는 것 외에는 명확한 단기적 대체 기술이 존재하지 않음을 경고하고 있습니다. 

이러한 맥락에서 기존 데이터 센터 인프라의 환경 영향을 줄이는 것이 핵심 목표입니다. 냉각은 서버와 IT 장비 다음으로 데이터 센터 전력과 공간을 가장 많이 소모하는 요소이며, 냉각 기술에 대한 혁신은 데이터 센터 딜레마를 해결하는 데 중요한 역할을 수행합니다. 

이 블로그에서는 침지 냉각을 하나의 기술로서 살펴보고, 이 기술의 이점과 과제를 비교해 보며, 데이터 센터 지속가능성을 추진함에 따라 이 기술이 비주류에서 주류를 이끌어가는 기술로 채택될 수 있을지에 대해 살펴봅니다.

침지 냉각이란 열 전도성은 좋지만 전기 전도성은 약한 액체에 IT 장비를 담가 작업하는 방식으로, 열 방출의 한 방법입니다.

침지 냉각에는 두 가지 기본적인 방식이 있습니다. 

1상 침지 냉각에서는 탱크가 냉각수 분배 장치(CDU)​​에 연결되어 액체를 냉각 및 재순환하며, 액체가 항상 액체 상태를 유지합니다. 

2상 침지 냉각은 냉각 액체가 증발하고 응축되는 방식으로, 응축 코일과 같은 열 교환기를 사용합니다. 

2019년 데이터 센터 다이내믹스(Data Center Dynamics) 블로그³ 에서 지적한 바에 따르면, 침지 냉각은 새로운 기술이 아니라 백 년 이상 고전압 변압기를 냉각하는 데 사용된 기술이며, 1960년대 이후로 컴퓨터 시스템에서 사용되었습니다. 액체 냉각, 특히 침지 냉각에 대한 관심은 최근 들어 일어나기 시작했습니다. IT 냉각 시스템의 전력과 규모를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 특히 서버 랙 밀도가 높을 때 공기 냉각보다 냉각 효율성이 좋기 때문입니다.

현대의 침지 냉각은 떠오르는 기술입니다. 

Open Compute Project에서는 2022년에 침지 냉각 요구 사항에 대해⁴ 발표했으며, 이를 주류 기술로 도입하기 위한 작업이 아직 진행 중에 있습니다. 

헨켈은 재료 기술 전문가로서, 침지 냉각에 사용되는 방열 재료에 대해 특별한 관심을 갖고 있습니다. 

대부분의 열 방출 방법과 마찬가지로 침지 냉각의 효율성은 열이 한 열원에서 냉각제로 얼마나 효과적으로 전달되는지에 따라 달려 있으며, 방열 재료는 여기에서 중요한 역할을 수행합니다. 

침지 냉각은 자체적인 문제점을 야기합니다. 예를 들어, 기존의 열 인터페이스 그리스 솔루션은 냉각 액체에서 용해될 가능성이 있습니다. 

헨켈은 침지 냉각이 방열 재료에 미치는 영향에 대해 연구하고 이를 해결하기 위해 노력하고 있습니다.

침지 냉각은 다른 냉각 방법보다 여러 이점을 제공하는데, 이는 비용 감축, 용량 증가, 환경 영향 최소화를 원하는 데이터 센터 공급업체에 매력적인 선택지가 될 수 있습니다.

침치 냉각은 본질적으로 공기 냉각보다 전력 효율성이 더 좋으며, 침지된 서버나 기타 IT 부품 전체에 직접적인 냉각 효과를 준다는 추가적인 이점이 있습니다. 

다른 방법들보다 이동 부품과 전기 부품도 덜 필요합니다.

이러한 모든 특징을 통해 다음과 같은 다양한 비용 및 지속가능성 이점을 누릴 수 있습니다.

• 훨씬 더 적은 전력으로 같은 수준의 냉각 효과 확보 
• 전체 부품을 지속적으로 일관성 있게 냉각하여 부품 안정성 개선
• 총 소유 비용 및 운영 비용 절감
• 유지보수 비용 절감 
• 소음 감소

사이언스 다이렉트(Science Direct)⁵ 의 2022년 기사에서는 이러한 이점 중 몇 가지에 대해 상세히 다루고 있습니다. 침지 냉각은 현재로서는 비주류 기술이며, 도입에 있어 다음과 같은 큰 장벽이 존재합니다. 

• 필수 인프라에 대한 높은 자본 비용 
• 기존 데이터 센터에서의 개조 문제점
• 데이터 센터 레이아웃을 재설계해야 할 가능성 
• 냉각수 부족 및 장비를 설치하고 유지하는 데 필요한 기술 부족
• 2상 냉각에 현재 필요한 액체가 유해하며 환경친화적이지 않음

이러한 요소들은 침지 냉각이 주류 기술로 도입되는 데 있어 큰 문제가 되긴 하나, 현재로서는 데이터 센터가 필요로 하는 에너지 소비 절감 효과를 달성할 것으로 보이는 명확한 대안이 없습니다. 

침지 냉각은 이미 크립토마이닝과 그린필드 지속가능성 구축에 있어 핵심 기술입니다. 전체적인 데이터 센터 전력 소모 외에도, 침지 액체 냉각 시스템을 빠르게 도입해야 할 구체적인 요인들이 있습니다.

더 높은 랙 전력 밀도 - 생성형 AI, ML & HPC 워크로드는 데이터 컴퓨팅 성능 요구 사항을 증가시킵니다. 이로 인해 더 높은 랙 전력 밀도가 필요하게 됩니다. 랙 전력 밀도가 증가하면, 공기 냉각 방식으로는 효율적으로 냉각하기가 어려워집니다. 액체 기반 방식, 특히 침지 냉각이 유일하게 실용적인 해결책이 될 수 있습니다.

엣지 컴퓨팅 - 엣지 컴퓨팅은 이러한 용량을 소모 지점에 더 가까이 배치하여 지리적으로 분산되어 있는 수많은 엔드포인트에 걸쳐 더 높은 처리 능력과 속도를 제공합니다. 시장은 2023년과 2028년 사이 두 배 규모가 될 것으로 예상됩니다.⁶.

침지 냉각은 데이터 센터에 필요한 공간 면적을 크게 줄일 수 있고, 환경 영향이 적은 더 조용한 데이터 센터를 구현할 수 있습니다. 이 모든 것이 엣지 컴퓨팅이 요구하는 작고 지역적인 데이터 센터를 구현하는 핵심 기준입니다.

지속 가능하고 친환경적인 데이터 센터 – 침지 냉각 기술은 데이터 센터 산업이 2030년 넷제로 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 수행할 수 있으며, 용수 사용 효율성을 개선하고 전력 소모를 줄일 수 있습니다.

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